Cern: observation de pentaquarks

Notre compréhension de la structure de la matière a été révolutionnée en 1964, quand les physiciens Murray Gell-Mann et George Zweig ont formulé chacun de leur côté l’hypothèse selon laquelle certaines particules que l’on pensait jusqu’ici indivisibles étaient en réalité composées de particules encore plus petites: les quarks. D’après le modèle de Gell-Mann, il existe des particules composées de paires quark-antiquarks (par exemple les mésons), et d’autres composées de trois quarks (telles que les protons et neutrons). En 1969, M. Gell-Mann a par ailleurs reçu le prix Nobel de physique pour ses travaux. Le modèle des quarks permet aussi l’existence d’autres états composites de quarks, notamment les pentaquarks, composés de quatre quarks et d’un antiquark.

D’après le Cern, les expériences précédentes qui ont cherché des pentaquarks n’ont pas obtenu de résultats probants, «un peu comme si elles avaient cherché des silhouettes dans l’obscurité».

Recherche au Cern

L’expérience LHCb a quant à elle permis de mener des recherches en plein jour, et sous tous les angles. Les scientifiques de LHCb ont cherché des états pentaquark en examinant la désintégration d’un baryon appelé Λ_b (Lambda b) en trois autres particules: un J/ψ-(J-psi), un proton et un kaon chargé. L’étude du spectre des masses du J/ψ et du proton a révélé que leur production faisait parfois intervenir des états intermédiaires. Ceux-ci ont été appelés P_c(4450)⁺ et P_c(4380)⁺. «Profitant des très nombreuses données fournies par le grand collisionneur de hadrons (LHC) et de l’excellente précision de nos détecteurs, nous avons examiné toutes les possibilités pour ces signaux, et concluons qu’ils peuvent être expliqués uniquement par des états pentaquark, explique Tomasz Skwarnicki, physicien à LHCb. La collaboration LHCb a soumis un article rapportant ces résultats à la revue Physical Review Letters.

La prochaine étape de l’analyse consistera à étudier la manière dont les quarks sont liés à l’intérieur des pentaquarks. Les scientifiques espèrent que les pentaquarks leur permettront de comprendre encore mieux la structure de la matière.